Ляликов Б.А. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

141

График давлений при статическом состоянии выражается горизон-

тальной прямой, проведенной по наивысшей отметке статического дав-

ления на абонентском вводе. Линия статического давления для подаю-

щей и обратной магистралей одна.

Линии динамического давления для подающей и обратной магист-

ралей различны. Линия динамического давления подающей магистрали

берет свое начало от точки, характеризующей на оси ординат давление

после во

доподогревательной установки ТЭЦ. Линия динамического

давления обратной магистрали берет свое начало от точки, характери-

зующей давление в обратном коллекторе источника теплоснабжения.

Уклоны линий динамического давления всегда направлены по ходу теп-

лоносителя и характеризуют падение давления в магистралях. Тангенсы

углов наклона линий динамического давления равны удельным потерям

давления на каждо

м данном отрезке магистрали. Положение линий ди-

намического давления относительно оси абсцисс по вертикали опреде-

ляется оптимальным давлением в обратном коллекторе сети.

При построении линий давлений следует иметь в виду, что давле-

ние в системе потребителя определяется давлением в обратной магист-

рали и примерно равно ему. При прикрытии задвижки за сист

емой

можно поднять давление в системе до давления в подающей линии. Та-

ким образом, минимально возможное давление в местной системе равно

давлению в обратной линии теплосети, а максимальное – в подающей

линии.

На рис. 6.4 приведен примерный график давлений тепловой сети,

имеющей 8 потребителей. Среди потребителей – высотный дом (або-

нент 2). Согласно плану сети на графике давлений построен профиль

трассы 0абвгде и т. д. За нулевую отметку принята отметка оси сет

евого

насоса. На профиле трассы вертикальными отрезками показаны высоты

местных систем, соответствующие их статическим давлениям.

Все системы, кроме системы 8, работают на высокотемпературной

воде по схеме присоединения с подмешиванием. Высотный дом изоли-

рован гидравлически от сети присоединением через водоподогреват

ель.

В системе 7 собственная высота меньше высоты давления паров воды

перед смесителем, а статическое давление выше высоты самой системы

и равно высоте давления паров перегретой воды. Система 8 работает на

высокотемпературной воде без подмешивания, ее статическая высота

также превышает фактическую высоту системы на величину, соответст-

вующую давлению паров перегретой воды. В данном примере эта сис-

тема после гидравлической изоляции высотного дома дала наиболее вы-

сокий уровень стат

ического давления и определила его.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

142

А а б

ж 2

В а

2 ж

500 1000

2000 2500

1500

Длина трассы в м

Отметка

сетевого

насоса

е 8

III

Рис. 6.4. График давлений водяной сети:

I – план сети; II – профиль сети;

III – график давлений обратной магистрали; IY – график давлений подающей

магистрали; Y – линия статического давления системы; 1– 8 – номера абонентов;

а–ж – узловые точки сети; вертикальные отрезки от точек 1, 2, 3 и т. д. н

профиле сети – высота абонентских систем

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

143

Линия динамического давления обратной магистрали АБ имеет

своим началом давление в точке Б, которая выбрана с некоторым пре-

вышением против статического давления системы 8. Уклон этой линии

по ходу теплоносителя определяется потерей давления на трение и ра-

вен величине отрезка АИ. Точка пересечения линии статического дав-

ления с линией динамического давления в обратной маг

истрали называ-

ется нейтральной точкой: в этой единственной точке графика давление

остается неизменным при любом расходе теплоносителя.

Линия динамического давления в подающей магистрали ВГ также

имеет уклон по ходу теплоносителя, соответствующий потере давления

в трубах. Общая потеря давления на трение в подающей магистрали вы-

ражается отрезком ВД. Начальная точка В этой линии определяется

давлением за водоподогревательной установкой. Потеря давления в ус-

тановке о

бозначается отрезком ВЕ. Отрезок АЕ равен напору, развивае-

мому насосом во время работы сети с расчетной циркуляцией.

Расстояние между линиями динамического давления подающей

и обратной магистралей на конце графика (т. е. отрезок ИД или ГБ) со-

ответствует потере давления на вводе или напору на вводе абонента.

Таки

м образом, напор сетевого насоса складывается из следуюших

потерь на трение в магистралях (АИ+ДВ), на вводе к абоненту ИД и по-

терь водоподогревательной установки ВЕ. Напор насоса двухтрубной

сети не зависит от рельефа местности, профиля трассы и высоты систем

потребителей. От динамических линий магистр

али отходят линии дав-

ления в ответвлениях к потребителям (а1, б2, ж3, в4, г5, д6, е7, е8).

В некоторых из них располагаемый в узлах ответвлений напор ис-

пользуется полностью (б3, г5 и е7). В других на вводах остается избы-

точный напор, который должен погаситься задвижками, диафрагмами

или соплами элеваторов. Вс

е потребители, кроме 6, как при статиче-

ском, так и при динамическом режимах оказываются под давлением, не

превышающим предельно допустимого (6 ати). Потребитель 6, оказав-

шийся под давлением 8 ати, присоединяется через водоподогреватель,

так же как и потребитель 2 (высотный дом), присоединенный по той же

схеме с целью защиты всей сети от его высокого статического давления.

Потребитель 4 имеет стати

ческое давление более высокое, чем

в его обратной линии, – у него устанавливается автоматический регуля-

тор подпора для обеспечения залива системы. Потребитель 3 при работе

сети не нуждается в подпоре, однако, эта необходимость появляется,

если, например, систему потребителя выключить задвижкой на подаю-

щей линии (например, авторегулятором местных пропусков). Таким об-

разом, и у потребителя 3 должен устанавливаться автомат

ический регу-

лятор подпора. На основе последнего случая следует сделать вывод, что

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

144

регуляторы подпора должны устанавливаться у всех потребителей, ста-

тические высоты которых оказываются выше линии динамического

давления в обратной магистрали (а не в ответвлении от нее). Все ос-

тальные потребители в приведенном примерном графике давлений при-

соединяются по открытой схеме без специальной защиты.

На рис. 6.5 показаны линии давлений абонентов 1, 2, 3, 4, 5, 6 при

наличии подстанций.

У У

А 1 2 3 4 5 6 7

Рис. 6.5. График давлений в водяной сети при наличии подстанции

Если бы подстанций не было, то уровень давлений обратной маги-

страли представлен был линией АВ, а подающей магистрали – линией

КГ. При введении подстанции в середине обратной магистрали можно

удвоить допускаемое удельное падение напора; тогда уровень давлений

обратной магистрали выразится ломаной линией АБИВ, а подающей

магистрали (при одинаковых диаметрах труб) – линией ДГ. Если в це-

лях снижения давлений на пода

ющей магистрали также поставить под-

станцию, то ее уровень давлений примет вид КЕЖГ. С необходимостью

установки насосной подстанции на обратной магистрали приходится

встречаться в том случае, когда трасса после насосной станции имеет

уклон. Если разность геодезических отметок насосной станции и ниж-

них точек трассы равна ил

и превышает допустимое для абонентов дав-

ление, установка подстанций на обратной магистрали обязательна, по-

дающая же магистраль при этом не требует устройства подстанции.

На рис. 6.6 приведен график давлений при двух насосных подстан-

циях на обратной магистрали, что позволяет допустить работу с боль-

шим удельным падением напора в трубах. В точках Б и Г устанавлива-

ются подстанции; уровень давлений обратной магистр

али выражается

ломаной линией ОАБВГД, а уровень давлений подающей магистрали,

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

145

имея одинаковое с обратной удельное падение на пора, – линией ЕЖ.

Для устранения недопустимого давления в низших точках, когда стати-

ческий уровень давления превышает 6 ати, создают ступенчатый стати-

ческий уровень, как это показано в приведенной схеме (рис. 6.6) (у–у

и у

). Осуществляется ступенчатый статический уровень при помощи

автоматических клапанов, отключающих нижнюю часть сети от верх-

ней в момент остановки насосов.

К65

Рис. 6.6. График давлений в водяной сети

при двух насосных подстанциях на обратной магистрали

Отключение должно произойти при этом как по прямой, так и по

обратной магистрали, причем импульсом должно явиться повышение

давления в обратной магистрали. При подъеме профиля насосной под-

станции на обратной магистрали делать обычно не приходится, т. к.

располагаемое падение напора в этом случае обычно достаточно. Но на

подающей линии в целях снижения давления в главной подающей маги-

страли иногда целесообразно бывает поставить насосную подстанцию.

В практических условиях, при установке одной-двух подстанций на ма-

гистрали, экономия энергии составляет 15÷25 %.

Случайная остановка насосо

в на подстанции ведет обычно к значи-

тельному повышению давления в обратной магистрали у концевых або-

нентов. Для устранения этого предусматриваются специ

альные автома-

тические устройства.

Профиль трассы теплосети получают на основании геодезических

отметок. В числителе репера указывается геодезическая разность высот

местности

iг

и станции

гс

i гсг

−

, а в знаменателе – геоде-

зическая отметка местности по отношению к уровню моря. Пьезомет-

рический график позволяет определить значения пьезометрических на-

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

146

поров воды в подающем и обратном трубопроводах, характеризующих

потенциальную энергию жидкости относительно уровня земли:

HHH

i гпьезом

−

, м,

(6.23)

где

– напор жидкости, приведенной к уровню нулевого отсчета.

При завышенном напоре воды в обратном коллекторе (

коллек

> 20 м)

и наличии насосной станции на обратной магистрали теплосети осуще-

ствляется корректировка обратной пьезометрической линии на участке

от насосной станции до источника путем ее параллельного снижения до

достижения значения напора

коллек

= 20 м.

Корректировка пьезометрического графика характеризует сниже-

ние напора насосной станции на величину уменьшения напора воды

в обратном коллекторе котельной.

С целью установления надежного гидродинамического режима ра-

боты системы теплоснабжения на пьезометрическом графике указыва-

ется минимально допустимый напор воды в подающей линии теплосети,

определяющий ее вскипание. Линия минимального допустимого напора

min

эквидистантна профилю местности и располагается по отноше-

нию к нему на высоте

)]/(ρ/179)[(

max

min

−= , м,

(6.30)

где

– атмосферное давление, равное 0,1013 МПа;

max

– максимальная температура воды в подающей линии тепло-

сети,

°C.

При использовании в системе теплоснабжения водогрейных котлов

должна быть обеспечена надежность эксплуатации, предусматриваю-

щая защиту от вскипания воды в котлах. Это достигается поддержанием

напора воды на нагнетании сетевых насосов. Указанный напор вычис-

ляется по формуле

)]/(ρ25/179)[(

ΔΔ

0к

сн

−++≥ , м,

(6.31)

где

– максимальная температура воды на выходе из водогрейного

котла (приблизительно равна максимальной температуре воды в по-

дающем трубопроводе);

PΔ

– потеря давления воды в водогрейном котле, 25,015,0

≤

МПа.

В случае невыполнения условия (6.31) требуется увеличить напор

на всасе сетевых насосов на величину недостатка. Это приведет к уве-

личению напора во всех точках теплосети на ту же величину.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

147

По энергетическим показателям (расходу электроэнергии на при-

вод насосов) установка насосных станций как на подающей, так и об-

ратной линиях сети является положительным фактором, т. к. расход во-

ды в трубопроводах сети в местах установки насосных станций всегда

меньше, чем в котельной, однако сооружение насосных станций требует

дополнительных капиталовложений.

На пьезометрический график гориз

онтальной линией наносится

статический напор сети, который создается подпиточными насосами

при выключенных сетевых насосах.

Статический напор воды определяется максимальной разностью

между верхней отметкой абонентов, присоединенных к сети по зависи-

мой схеме, и уровнем нулевого отсчета max)(

завис

гзданстат

−

≥

HHH

где

здан

– высота здания; для жилых зданий принимается 3 метра на

этаж.

Пьезометрический график позволит установить работоспособность

системы теплоснабжения, выбрать сетевые и подпиточные насосы, а

также схемы присоединения абонентов к теплосети (зависимую, незави-

симую, с регулятором подпора, элеватором, насосами смешения и т. д.).

По величине напора сетевого насоса и расходу воды в прямой ли-

нии сети выбираются сет

евые насосы.

По величине напора насосной станции и расходу воды на участке

сооружения насосной станции выбираются насосы насосной станции.

На основании значений материальной характеристики сети (M)

и суммарной длины (bL) определяются капиталовложения в тепловую

сеть

bMbLa

= )(

тс

, р.,

(6.32)

)(

тсуд

КК

, р./м,

(6.33)

где

тс

– капиталовложения в теплосеть, р.;

уд

– удельные капиталовложения в теплосеть, р./м;

, – стоимостные коэффициенты теплосети.

На основании значений условной материальной характеристики се-

ти (MYS

) и длины сети (bL) определяется годовая потеря теплоты в ок-

ружающую среду

тп

, стоимость потерянной в окружающую среду теп-

лоты

тп

, удельная стоимость годовых теплопотерь:

тп

, р./год,

(6.34)

)(

тп

уд

= , р./(год ·

м),

(6.35)

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

148

где

тп

– годовая потеря теплоты в окружающую среду Гкал (ГДж);

тп

– стоимость потерянной в окружающую среду теплоты, р./год;

уд

– удельная стоимость годовых теплопотерь, р./(год ·

м);

– стоимость тепловой энергии, р./ГДж.

На основании результатов расчета величины напоров насосов

и расходов воды определяется годовой расход электроэнергии на при-

вод сетевых, подпиточных насосов установленных на насосной станции:

[

]

нс

стат

подп

сн

пр

28,1

100

⋅

⋅=

, кВт·

ч/год,

(6.36)

где

GGG

sподппр

– расходы воды в коллекторе станции, подпиточной

воды в теплосети, на участке расположения насосной станции, кг/с;

HHH

нсстатпр

,, – напоры сетевых, подпиточных насосов и станции,

м вод. ст .

Удельный расход электрической энергии на привод насосов

0,3

пр

)(

ttG

−⋅

⋅

, кВт·ч/ГДж,

(6.37)

где

– температура воздуха внутри помещений, °С;

– расчетная температура наружного воздуха для проектирования

отопления, °С;

На основании значений условной материальной характеристики

теплосети (

MYS) и расхода воды на выходе из котельной (

пр

) опреде-

ляется среднегодовое значение коэффициента полезного действия теп-

лосети

[]

0,3

впр

0,3

вут

тс

)(

)0,01(1

)(

0,11

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

−−=

ttG

MYS

, %,

(6.38)

где

ут

– утечка воды из теплосети; принимается по величине расчет-

ной мощности теплопотребления

ут

= 0,05 (кг/c)/МВт.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

149

Приложение

СООТНОШЕНИЯ

МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ЕДИНИЦАМИ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Работа, энергия, количество тепла

1 кДж = 1 кВт·с = 1/3600 кВт·ч = 0,27778 кВт·ч = 0,238846 ккал =

= 101,972 кгс·м;

1 кВт ·ч = 3600 кДж = 859,845 ккал = 367098 кгс· м;

1 ккал = 10

–6

Гкал = 10

–3

Мкал = 4,1868 кДж = 426,935 кгс·м;

1 кгс · м = 9,80665 Дж = 2,34228 кал = 2,72407 10

–3

Вт·ч.

Мощность

1 кВт = 102 кгс·м/с = 860 ккал/ч = 0,239 ккал/с;

1 кгс·м/с = 9,81 Вт.

Давление (механическое напряжение)

1 Па = 1 Н/м

= 0,102 кгс/ м

= 10,2 10

–6

кгс/см

(ат) =

= 102 ·10

–9

кгс/мм

= 10

–5

бар = 0,102 мм вод. ст. = 7,5·10

–3

мм рт. ст;

1 кПа = 10,2·10

–3

ат; 1 МПа = 10,2 ат;

1 кгс/см

(ат) = 98,1·10

Па = 0,0981 МПа = 0,981 бар = 10

мм вод. ст. =

= 735,6 мм рт. ст.

Удельная массовая теплоемкость, удельная энтропия

1 кДж/(кг·К) = 0,239 ккал/(кг·К);

1 ккал/(кг·К) = 4,187 кДж/(кг·К).

Коэффициент теплоотдачи и теплопередачи

1 кДж/(м

·К· ч) = 0,239 ккал/(м

·К· ч);

1 кВт/(м

·К) = 860 ккал/(м

·К· ч);

1 ккал/(м

·К·ч) = 4,187 кДж/(м

·К·ч) = 1/860 кВт/(м

·К) = 1,163 Вт/(м

·К);

1 Вт/(м

·К) = 3,6 кДж/(м

·К·ч).

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

150

ЛИТЕРАТУРА

1 Бузников Е. Ф., Сидоров В. И. Водогрейные котлы и их примене-

ние на электростанциях и в котельных. – М.: Энергия, 1965.

2 Громов Н. К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей.

Проектирование и эксплуатация. – М.: Энергия, 1979.

3 Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. – М.: Энер-

гия, 1974.

4 Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов

пара и горячей воды. – М.: Стройиздат, 1970.

5 Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям.

– М.: Энергоатомиздат, 1995.

6 Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Энергия,

1982.

7 Соколов Е. Я., Громов Н. К., Сафонов А. П. Эксплуатация тепло-

вых сетей. – М.: Госэнергоиздат, 1955.

8 Шубин Б. П., Левин Б. И. Проектирование теплоподготовитель-

ных установок ТЭУ и котельных. – М.: Энергия, 1970.

9 Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей /

под ред. А. А. Николаева. – М.: Энергия, 1965.

10 Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические

устройства. Ч. 1. Отопление / под ред. И. Г. Староверова. – М.:

Стройиздат, 1990.

11 Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: справочник/

В. И. Манюк, Я. И. Каплинский. – М.: Стройиздат, 1988.

12. Апарцев М. М. Наладка водяных систем централизованного теп-

лоснабжения: справ. пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

13 Соловьев Ю. П. Проектирование крупных центральных котель-

ных для комплекса тепловых потребителей. – М.: Энергия, 1976.

14 Бузников Б. Ф, Роддатис К. Ф., Берзиньш Э. Я. Производственные

и отопительные котельные. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

15 Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное про-

ектирование. – Л.: Энергоатомиздат, 1983.

16 Щекин Р. В., Кореневский С. М., Бем Г. Е. и др. Справочник по

теплоснабжению и вентиляции. Отопление и теплоснабжение. –

Киев: Будивельник, 1968.

17 Козин В. Е., Левина Т. А., Марков А. П. Теплоснабжение. – М:

Высш. шк., 1980.

18 Теплотехнический справочник. Т. 1, 2 / под ред. В. Н. Юренева,

П. Д. Лебедева. – М.: Энергия, 1975.